Сосущие насекомые манипулируют метаболизмом растений в свою пользу

Исследователи из Института химической экологии Макса Планка (Германия) впервые показали, что свободноживущие сосущие насекомые могут манипулировать метаболизмом растений-хозяев, создавая стабильные и питательные места для кормления.

Открытие, опубликованное в eLife, показывает, что насекомые достигают этого, копируя растительные гормоны и впрыскивая их в листья. Они используют стратегию питания, схожую с эндофитными видами насекомых, которые живут внутри растений. Эти находки могут помочь в разработке эффективных стратегий борьбы с вредителями.

Свободноживущие насекомые могут перемещаться и питаться с разных растений, в отличие от менее подвижных эндофитов, которые проводят большую часть жизни в ограниченной части растения, часто внутри тканей. Когда растения атакуют насекомые, зависящие от них в пище и убежище, растения часто полагаются на защитные реакции. Однако некоторые насекомые манипулируют этими механизмами, чтобы противостоять защите растений и даже создать лучшую питательную среду вокруг мест кормления. До сих пор считалось, что такую стратегию используют только эндофитные насекомые.

«Широко распространено мнение, что эндофитные насекомые изменяют физиологию своих хозяев с помощью растительного гормона цитокинина (CK)», — объясняет ведущий автор Кристоф Брюттинг. — «Эти гормоны могут превратить орган растения, который обычно производит сахара (например, зрелый лист), в своего рода "сток", где сахара накапливаются или потребляются. Это предполагает, что манипуляция CK может быть способом создания локальных метаболических "стоков" в тканях, которые они заселяют. Однако ранее не было ничего, что демонстрировало бы, что какое-либо насекомое может передавать CK растению».

Чтобы исследовать это дальше, команда изучила, как растение Nicotiana attenuata реагирует на заражение свободноживущим насекомым Tupiocoris notatus, одним из его самых распространённых врагов в природе. Учёные разработали метод изотопного мечения, который позволил им чётко увидеть, что T. notatus впрыскивает CK в атакованные листья, чтобы манипулировать метаболизмом растения.

При слабом заражении (когда только 20 насекомых могли питаться на одном листе одновременно) общая питательная ценность листа не изменилась, несмотря на серьёзные повреждения. При более сильном заражении уровень белка в атакованных листьях снизился, но содержание сахаров и крахмала осталось прежним.

«Такое незначительное влияние на уровень питательных веществ может быть связано с перераспределением ресурсов из незатронутых тканей к повреждённым», — говорит старший автор Ян Болдуин. — «Если это верно, то питание T. notatus, вероятно, вызывает те самые "стоки" сахаров, которые, как считалось, создают только эндофитные виды во время кормления».

Болдуин добавляет, что дальнейшие исследования T. notatus и передачи CK дадут новое понимание сложных взаимодействий между растением и травоядным, что может помочь в разработке новых стратегий повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к атакам насекомых.